扫雪除冰车红外线加热系统设计及加热过程的数值模拟

摘要

快速、经济、高效地清除城市道路和高速公路的降雪和积冰,是保障冬季北方地区道路畅通的关键问题.现有的机械法,化学法等除雪除冰方法各有利弊,难以满足高效率、低成本、无环境污染的综合要求.机械热力复合扫雪除冰方法是大连理工大学涡轮机教研室与该校机械学院合作研制新型扫雪除冰车项目的主要研究成果.作者依据传热学和电磁学的相关知识,从工程实际要求出发设计了扫雪除冰专用红外线加热系统.根据电磁学原理分析红外线加热的作用机理,结合传热学理论推导了红外线加热过程中被加热物体表面层内的体积生热率公式.为了在产品实际生产前优化设计、确定最佳运行参数,评价新方案的效率和经济性,作者利用电磁学、传热学、有限元分析的方法对红外线加热过程中冰层的温度场变化过程进行了模拟,建立红外线加热冰层的物理模型和有限元模型,利用ANSYS的APDL参数化语言开发了分析计算程序,能方便地计算不同工作参数和不同外界条件下冰雪层的温度场变化情况.通过模拟这些情况下冰层的温度场变化过程,研究各参数对冰层温度场变化的影响,证实新方案的可行性,并最终选定最佳运行参数.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1扫雪除冰方法研究的意义

1.2除雪除冰机械研究现状

1.3热力和机械复合除冰方法及其系统设计

2红外线辐射加热的理论基础

2.1辐射的经典电磁波理论

2.2辐射加热机理

2.3红外线对冰的加热机理

2.4传热过程数值模拟中有限元法的应用

2.4.1有限元法的简单介绍

2.4.2热分析中的有限元应用

2.4.3有限元分析软件ANSYS

3扫雪除冰装置加热过程的数值模拟

3.1红外线加热冰层的物理模型

3.2加热过程的边界条件及载荷

3.3计算程序简介

3.3.1建模和网格划分

3.3.2初始温度场计算

3.3.3加热过程的温度计算

3.4计算中的收敛控制

4加热过程模拟计算结果及分析

4.1加热过程中冰层的温度场变化情况

4.2不同工况下计算结果比较

4.3除冰速度及经济性分析

5结论与展望

5.1相关结论

5.2有待进一步解决的问题

参考文献

附录

致谢